Способ диагностики состояния посадочных натягов бандажных колец на бочку ротора электрической машины

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии электромашиностроения, и касается, в частности, особенностей контроля величин посадочных натягов бандажных колец роторов крупных электрических машин, например турбогенераторов. Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является обеспечение диагностики состояния посадочных натягов в бандажном узле без его разборки при одновременном повышении точности измерений. Указанный технический результат достигается тем, что оценку состояния и изменения посадочного натяга (Δδ_банд.) определяется из выражения: (Δδ_банд.)=К_Д(D_{нар.кон.}-D_{нар.нач.}), где: D_{нар.нач.} и D_{нар.кон.} - наружные диаметры бандажных колец в зоне посадки, измеренные, соответственно, при проведении дублирующего контроля после посадки бандажных колец и в период планового останова электрической машины; Кд=δ_банд./(D_{нар.нач.}-D_{нар.своб.}) - экспериментальный коэффициент деформации, где D_{нар.нач.} и D_{нар.своб.} - соответственно, наружные диаметры бандажного кольца в зоне его посадки на бочку ротора до разборки бандажного узла, находящегося в свободном состоянии, когда бандажное кольцо снято и натяг равен нулю; δ_банд. - расчетный натяг, определенный путем измерения при сборке и разборке бандажного узла и вычитания сопрягаемых диаметра бочки ротора (D_боч.р.) и внутреннего посадочного диаметра посадочной поверхности бандажного кольца (D_{банд.вн.}) с использованием выражения: δ_банд.=(D_боч.р.-D_{банд.вн.}). 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технологии электромашиностроения, в частности к контролю величин посадочных натягов горячей посадки бандажных колец роторов крупных электрических машин, например турбогенераторов.

Известен способ измерения натягов в бандажном узле, приведенный в [1]. Для определения посадочных натягов по этому методу требуется полная разборка бандажного узла, измерение диаметров сопрягаемых деталей и сравнение полученных результатов с заводскими размерами. Способ весьма трудоемкий и не всегда осуществим по условиям эксплуатации электрической машины и экономическим возможностям.

Наиболее близким аналогом-прототипом изобретения является способ диагностики состояния посадочных натягов в бандажном узле, приведенный в [2]. Согласно этому способу диагностика состояния посадочных натягов в зоне сопряжения бандажного кольца с ротором в его концевой части осуществляется без разборки бандажного узла и включает в себя определение изменения натягов (Δδ_банд.) в бандажных узлах турбогенераторов путем сравнительных измерений наружных диаметров бандажных колец в местах их посадки до пуска турбогенератора в эксплуатацию и в процессе проведения ремонтных работ, по формуле:

D_{нар.нач.} и D_{нар.кон.} - наружные диаметры бандажных колец, измеренные соответственно до посадки и после его посадки на торцовую часть бочки ротора при сборке бандажного узла или в период планового останова турбогенератора по сравнению с ранее выполненными замерами,

λ_рот. и λ_банд. - соответственно коэффициенты податливости бочки ротора и бандажного кольца в месте посадки с учетом того, что при горячей посадке бандажного кольца на бочку ротора величина пластической деформации в радиальном направлении (изменение посадочных диаметров) пропорциональна коэффициентам податливости бочки ротора и бандажного кольца в месте посадки.

Недостатком этого метода является необходимость учета различных соотношений расчетных податливостей сопрягаемых горячей посадкой составных частей ротора: бандажного кольца и концевой части бочки ротора, а также использование расчетного метода их вычисления, что вносит значительные погрешности в вычисление истинных значений посадочных натягов в бандажном узле.

Этих недостатков лишен предлагаемый способ диагностики. Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является диагностика состояния посадочных натягов в бандажном узле без его разборки с повышением точности измерений.

На чертеже изображен бандажный узел ротора турбогенератора содержащей обмотку (1), бочку ротора (2) и бандажные кольца (3), тыльная часть которых посажена на центрирующее кольцо (4), а носиковая - на концевые части бочки, например, через изоляционную прокладку (5). Сопряжение бандажного кольца с бочкой ротора осуществляется горячей посадкой с натягом (δ_банд.), а с центрирующим кольцом - с натягом (δ_центр), необходимые величины которых определяются механическим расчетом. Применение горячей посадки обусловлено необходимостью плотного соединения деталей бандажного узла прежде всего на рабочей частоте вращения.

Величины D_банд. и D'_банд. - соответственно наружные диаметры бандажного кольца в зоне его посадки на бочку ротора и центрирующее кольцо.

При посадке бандажного кольца на концевую часть бочки ротора через многослойную изоляционную прокладку за счет ее расслоения, а также за счет выжигания горючих составляющих изоляционной прокладки при высоких температурах нагрева бандажных колец возможно прослабление натяга. Это отклонение натягов бандажного кольца очень важно своевременно диагностировать.

В случае появления вышеназванных дефектов, а также при ожогах и наклепах металла в посадочных зонах бандажного узла происходит ослабление натяга с уменьшением наружного диаметра бандажного кольца в зоне горячей посадки на бочку ротора.

Указанное изменение наружных диаметров бандажных колец в полной мере будет идентично изменению величины посадочного натяга, если с высокой степенью достоверности учесть влияние на измерение разности диаметров упомянутых выше податливостей сопрягаемых горячей посадкой составных частей бандажного узла, которые различны не только для разных типов электрических машин, разных серий одного типа, но часто имеют индивидуальные значения даже для идентичных электрически машин одной серии. Степень достоверности определения соотношения этих податливостей собственно и определяет величину погрешности диагностирования состояния посадочных натягов по предлагаемому способу. Поэтому наиболее перспективным представляется определять величины соотношения этих податливостей экспериментально для каждой диагностируемой электрической машины

Поэтому с целью повышения точности измерений оценку состояния и изменения посадочного натяга (Δδ_банд.) определяют из выражения:

Здесь D_{нар.нач.} и D_{нар.кон.} - наружные диаметры бандажных колец в зоне посадки, измеренные соответственно при проведении дублирующего контроля после посадки бандажных колец и в период планового останова электрической машины.

Первоначально экспериментально определяют поправочный коэффициент деформации (Кд) к разности диаметров (D_{нар.нач.} и D_{нар.кон.}) для получения достоверных величин посадочного натяга (δ_банд.) и его изменения (Δδ_банд.) по соотношению:Кд=δ_банд./(D_{нар.нач.}-D_{нар.своб.}),где

D_{нар.нач.} и D_{нар.своб.} - соответственно наружные диаметры бандажного кольца в зоне его посадки на бочку ротора до разборки бандажного узла в собранном состоянии и находящегося в свободном состоянии (бандажное кольцо снято, натяг равен нулю);

δ_банд. - расчетный натяг, определенный традиционным способом путем измерения при сборке или разборке бандажного узла и вычитания диаметров сопрягаемых составных частей - наружного бочки ротора (D_боч.р.) и внутреннего - бандажного кольца (D_{банд.вн.}).

δ_банд.=(D_боч.р.-D_{банд.вн.}).

При наличии изоляционной прокладки под носиковой частью бандажного кольца расчетный посадочный натяг, определенный традиционным способом, вычисляется по формуле: δ_банд.=(D_боч.р-D_{банд.вн.})+2σ, где σ - толщина прокладки.

Предлагаемый способ позволяет производить проверку текущего состояния посадочного натяга (δ_{банд.тек.}), определяя его изменение (Δδ_банд.) в процессе эксплуатации электрической машины без снятия бандажного, при замере наружного диаметра бандажных колец (D_{нар.кон.тек.}) по сравнению с ранее выполненными замерами (D_{нар.нач.}).

Соотношение (1) говорит также о том, что для конкретной электрической машины конкретной величине посадочного натяга бандажного кольца на бочку ротора (δ_банд) соответствует совершенно определенная величина наружного диаметра бандажного кольца в зоне его посадки (D_{нар.нач.}). Отсюда возникает возможность выполнения дублирующего контроля фактического значения величины посадочного натяга в процессе сборки ротора и надевания бандажных колец для выявления технологических отклонений в процессе сборки бандажного узла. Эти отклонения могут быть обнаружены по отклонению величины наружного диаметра бандажного кольца (D_{нар.факт.}), замеренного при дублирующем контроле, от нормативного значения (D_{нар.норм.}), соответствующего нормативному значению посадочного натяга.

Дублирующий контроль для выявления отклонений величины посадочного натяга бандажных колец на бочку ротора после сборки бандажного узла используется соотношение (1) с некоторым уточнением:

При этом, например, если при разборке бандажного узла были зафиксированы нормативное значение посадочного натяга и наружный диаметр бандажного кольца в месте его посадки, то в дальнейшем после сборки бандажного узла, а также в процессе эксплуатации электрической машины постоянно можно использовать это зафиксированное нормативное значение посадочного натяга и соответствующее ему значение наружного диаметра бандажного кольца.

При оценке технического состояния посадочного натяга бандажного кольца на бочку ротора часто весьма важно определиться насколько уменьшился посадочный диаметр бочки ротора и увеличился посадочный диаметр бандажного кольца в процессе их взаимного соединения до общего диаметра посадочного соединения(D_{банд.вн.общ}). Эту оценку можно произвести, определив экспериментально по изменению наружных диаметров бандажных колец в свободном (D_{нар.своб.}) и собранном (D_{нар.собр.}) состоянии и рассчитав значения экспериментальных коэффициентов податливостей бандажных колец (λ_банд.) и бочки ротора (λ_рот.) в зоне их сопряжения горячей посадкой по соотношениям:

L_пос., Р, Е, μ - соответственно длина посадочный поверхности, удельное давление на посадочном диаметре, модуль упругости стали и и коэффициент Пуассона;

К=D_{банд.вн.}/D_{нар.своб.}

Следует обратить внимание на то, что при разновременном использовании предлагаемого способа диагностики необходимо поддерживать одинаковую температуру составных частей бандажного узла либо вводить в замеры необходимые температурные поправки.

Аналогичным способом можно определяется посадочные натяги бандажных колец на центрирующие (δ_{центр.тек.}) и его изменение без разборки бандажного узла, для чего в соотношения (1) и (2) вместо данных бочки ротора вводятся данные центрирующего кольца.

Источники информации

1. Справочник по ремонту турбогенераторов. Под редакцией П.И.Устинова. - М.: Энергия, 1978, с.258.

2. Патент на изобретение РФ "Способ диагностики состояния посадочных натягов бандажных колец на составные части ротора электрической машины (варианты)" №2145144, 09.02.1999 г.

1. Способ диагностики состояния натягов бандажных колец на составные части ротора электрической машины, содержащего бочку ротора, обмотку и центрирующие кольца, включающий оценку изменения натягов в местах посадки бандажных колец путем сравнительного измерения наружных диаметров бандажных колец в зоне их посадки, измеренных соответственно до пуска электрической машины в эксплуатацию (D_{нар.нач.}) и в процессе эксплуатации во время ее останова (D_{нар.кон.}), отличающийся тем, что оценку состояния и изменения посадочного натяга (Δδ_банд.) определяют из выражения

Δδ_банд.=К_д(D_{нар.кон.}-D_{нар.нач.}),

где К_д=δ_банд./(D_{нар.нач.}-D_{нар.своб.}) - экспериментальный коэффициент деформации;

D_{нар.нач.} и D_{нар.своб} - соответственно наружный диаметр бандажного кольца в зоне его посадки на бочку ротора до разборки бандажного узла и наружный диаметр бандажного кольца, находящегося в свободном состоянии, когда бандажное кольцо снято и натяг равен нулю;

δ_банд. - расчетный натяг, определенный путем измерения при сборке и разборке бандажного узла и вычитания сопрягаемых диаметров бочки ротора (D_боч.р.) и внутреннего посадочного диаметра посадочной поверхности бандажного кольца (D_{банд.вн.}) с использованием выражения: D_банд.=(D_боч.р.-D_{банд.вн.}).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оценку состояния и изменения посадочного натяга (Δδ_банд.) производят при выполнении дублирующего контроля актического значения величины посадочного натяга в процессе сборки ротора и надевания бандажных колец и выявления технологических отклонений по соотношению:

Δδ_{банд.дубль.}=К_д(D_{нар.норм.}-D_{нар.факт.}),

где D_{нар.норм.} и D_{нар.факт} - наружные диаметры бандажного кольца в зоне его посадки на бочку ротора, измеренные соответственно при нормативном значении посадочного натяга и при выполнении дублирующего контроля.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при оценке состояния посадочного натяга (Δδ_банд.) определяют экспериментальные значения коэффициентов податливостей бандажных колец (λ_банд.) и бочки ротора (λ_рот.) в зоне их сопряжения горячей посадкой по соотношениям:

где

L_пос., Р, Е, μ - соответственно длина посадочный поверхности, удельное давление на посадочном диаметре, модуль упругости стали и коэффициент Пуассона;

К=D_{банд.вн}./D_{нар.своб.};

D_{банд.вн.общ.} - диаметр посадочной поверхности на бочке ротора и бандажного кольца после его посадки;

(D_{банд.вн.}) - внутренний посадочный диаметр посадочной поверхности бандажного кольца.